人工湿地植被覆盖对营养物质净化作用的模拟研究

根据植物阻流、泌氧、植物及微生物吸收营养盐的过程等湿地净化水质的机理,应用MIKE21中EcoLab的水质模块自定义及编辑功能,建立“WQ nutrition+vegetation”湿地模型,耦合MIKE21中水动力模块建立水质-水动力模型.在对五家堆人工湿地实地调研的基础上,应用水质-水动力模型,考虑植物分布情况及覆盖率,研究人工湿地植物对水质净化效果.采用大观河、断桥断面实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.结果表明:种植植被后,湿地内部的总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)浓度低于大观河,浓度除受植被覆盖率影响外,还受水流流速影响,流速较高时能有效增加水面复氧能力,加快水质净化效果;随着植物覆盖率增大,TP、TN、NH+4-N降解率增幅逐渐减小;当植被覆盖率为20%~30%时,TP、TN净化效率较高,最高值分别达到6.39%、0.2%;当植被覆盖率增至40%时,流速下降显著,植被阻水作用明显增强,水体复氧能力减弱,净化效率降低;不同植被覆盖率下NH+4-N与TP净化率较高,NH+4-N净化率与TN基本一致,表明NH+4-N是影响TN净化效率的主要因素;综合分析TP、TN、NH+4-N在不同湿地植被覆盖率下的水质浓度及净化效率,五家堆人工湿地研究区域的植物覆盖率在20%~30%之间较为适宜.

妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟

本文基于湿地植物在河流湖泊中的物理、生化反应机制,应用MIKE21中EcoLab的编辑功能,建立湿地植物的水质模块,将植物的阻流、产氧、耗氧及微生物和植物吸收营养盐过程参与计算中,耦合湿地水动力实现水质模拟.在对妫水河表流湿地调研及监测基础上,建立妫水河下游与三里河的模型,考虑湿地植物类型、分布及水量变化下的植物有效面积等作用,定量研究工程尺度上河流湿地水动力及水质净化效果.计算中采用实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.通过模拟,无循环系统对支流三里河及上游调水时,岸带湿地建设后相比建设前,下游出口处氨氮、磷酸盐和总氮的浓度下降了14.29%、33.33%和20.00%;循环系统运行后,三里河和妫水河上游流量分别增加0.4 m^3·s^-1,使得部分河段水位抬升,断面平均流速略有增加,三里河和妫水河的有效湿地覆盖率分别增加了144.44%和13.16%,出水口处水质与工程前相比,氨氮、磷酸盐和总氮分别下降了35.71%、50.00%和46.67%,循环体系的建设加强了湿地净化功能.模型有机地将湿地植物分布融合进模型水质计算中,为河湖湿地生态修复、方案设计和水利调控等综合措施下的水质响应研究提供了模型方法和技术支撑.